KR20190134325A - Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same - Google Patents

Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20190134325A
KR20190134325A KR1020180059815A KR20180059815A KR20190134325A KR 20190134325 A KR20190134325 A KR 20190134325A KR 1020180059815 A KR1020180059815 A KR 1020180059815A KR 20180059815 A KR20180059815 A KR 20180059815A KR 20190134325 A KR20190134325 A KR 20190134325A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
silicon carbide
single crystal
carbide single
melt
Prior art date
Application number
KR1020180059815A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102302753B1 (en
Inventor
이호림
김정환
정찬엽
고정민
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020180059815A priority Critical patent/KR102302753B1/en
Priority to US16/630,952 priority patent/US11873576B2/en
Priority to EP19807632.5A priority patent/EP3636806B1/en
Priority to JP2020501833A priority patent/JP6961893B2/en
Priority to PCT/KR2019/006134 priority patent/WO2019225966A1/en
Priority to CN201980003601.9A priority patent/CN110914485B/en
Publication of KR20190134325A publication Critical patent/KR20190134325A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102302753B1 publication Critical patent/KR102302753B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C30B19/04Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/06Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
    • C30B19/062Vertical dipping system

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

According to an embodiment of the present invention, a silicon-based molten composition is used in a solution growing method for forming a silicon carbide single crystal, comprises silicon (Si), yttrium (Y) and iron (Fe) and is represented by chemical formula (1): Si_aY_bFe_c. In the chemical formula (1), a is more than or equal to 0.4 and less than or equal to 0.8; b is more than or equal to 0.15 and less than or equal to 0.5; and c is more than or equal to 0.05 and less than or equal to 0.3.

Description

실리콘계 용융 조성물 및 이를 이용하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법{SILICON BASED MELTING COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL USING THE SAME}Silicon-based melt composition and a method for producing silicon carbide single crystal using the same {SILICON BASED MELTING COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL USING THE SAME}

본 발명은 실리콘계 용융 조성물 및 이를 이용하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon-based melt composition and a method for producing silicon carbide single crystals using the same.

전력 반도체 소자는 전기 자동차, 전력 시스템, 고주파 이동통신 등 전기 에너지를 사용하는 차세대 시스템에 있어서 핵심 소자이다. 이를 위해서는 고전압, 대전류, 고주파수 등에 적합한 소재의 선정이 필요하다. 실리콘 단결정이 전력 반도체 물질로 사용되어 왔으나 물성적인 한계로 인해, 에너지 손실이 적고 보다 극한 환경에서 구동될 수 있는 실리콘카바이드 단결정이 주목받고 있다. Power semiconductor devices are key devices in next-generation systems that use electric energy, such as electric vehicles, power systems, and high-frequency mobile communications. To do this, it is necessary to select materials suitable for high voltage, high current, and high frequency. Silicon single crystals have been used as power semiconductor materials, but due to physical limitations, silicon carbide single crystals, which have low energy loss and can be driven in more extreme environments, are drawing attention.

실리콘카바이드 단결정의 성장을 위해, 일 예로 실리콘카바이드를 원료로 하여 2000도(℃) 이상의 고온에서 승화시켜 단결정을 성장시키는 승화법, 결정 인상법을 응용한 용액 성장법, 그리고 기체 소스를 사용하는 화학적 기상 증착법 등이 사용되고 있다. For the growth of silicon carbide single crystals, for example, silicon carbide is used as a raw material to sublimate at a high temperature of 2000 ° C. or higher to grow single crystals, a sublimation method using a crystal pulling method, and a chemical method using a gas source. A vapor deposition method or the like is used.

화학적 기상 증착법을 이용하는 경우 두께가 제한된 박막 수준으로 성장시킬 수 있으며, 승화법을 이용하는 경우 마이크로 파이프 및 적층 결함과 같은 결함이 발생할 가능성이 많아 생산 단가적 측면에서 한계가 있다. 결정 성장 온도가 승화법에 비해 낮고 대구경화 및 고품질화에 유리한 것으로 알려진 용액 성장법에 대한 연구가 진행되고 있다.Chemical vapor deposition can be used to grow to a limited thin film level, and sublimation can cause defects such as micro-pipes and stacking defects, resulting in limited production costs. The research on the solution growth method is known that the crystal growth temperature is lower than the sublimation method and is known to be advantageous for large diameter and high quality.

본 발명은 불순물 석출을 억제하면서 장시간 안정적인 결정 성장 공정이 가능한 실리콘계 용융 조성물을 제공하고자 한다. 또한 우수한 품질의 실리콘카바이드 단결정을 제공할 수 있는 실리콘계 용융 조성물을 제공하고자 한다. 또한 전술한 실리콘계 용융 조성물을 이용하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a silicon-based melt composition capable of a stable crystal growth process for a long time while suppressing the precipitation of impurities. It is also an object of the present invention to provide a silicon-based melt composition capable of providing silicon carbide single crystal of high quality. It is also an object of the present invention to provide a method for producing silicon carbide single crystals using the silicon-based melt composition.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. In addition, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned are clearly to those skilled in the art from the following description. It can be understood.

전술한 과제를 달성하기 위한 실리콘계 용융 조성물은 실리콘카바이드 단결정을 형성하기 위한 용액 성장법에 이용되고, 실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)를 포함하며 하기 식 (1)로 표현된다. The silicon-based melt composition for achieving the above-mentioned problems is used in the solution growth method for forming silicon carbide single crystal, and contains silicon (Si), yttrium (Y) and iron (Fe) and is represented by the following formula (1): .

SiaYbFec (식 1)Si a Y b Fe c (Equation 1)

상기 식 (1)에서 상기 a는 0.4 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.15 이상 0.5 이하이고, 상기 c 는 0.05 이상 0.3 이하이다. In Formula (1), a is 0.4 or more and 0.8 or less, b is 0.15 or more and 0.5 or less, and c is 0.05 or more and 0.3 or less.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법은 실리콘카바이드 종결정을 준비하는 단계, 실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)를 포함하며 하기 식 (1)로 표현되는 실리콘계 용융 조성물을 준비하는 단계, 상기 실리콘계 용융 조성물 및 탄소(C)를 포함하는 용융액을 형성하는 단계, 그리고 상기 용융액으로부터 상기 실리콘카바이드 종결정 상에 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계를 포함한다. In one embodiment, a method of preparing silicon carbide single crystals may include preparing a silicon carbide seed crystal, comprising silicon (Si), yttrium (Y), and iron (Fe), and using a silicon-based melt composition represented by the following formula (1): Preparing, forming a melt containing the silicon-based melt composition and carbon (C), and obtaining a silicon carbide single crystal on the silicon carbide seed crystal from the melt.

SiaYbFec (식 1)Si a Y b Fe c (Equation 1)

상기 식 (1)에서 상기 a는 0.4 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.15 이상 0.5 이하이고, 상기 c 는 0.05 이상 0.3 이하이다. In Formula (1), a is 0.4 or more and 0.8 or less, b is 0.15 or more and 0.5 or less, and c is 0.05 or more and 0.3 or less.

상기 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계에서 이트륨 실리사이드(Yttrium Silicide)가 석출되지 않을 수 있다. In the step of obtaining the silicon carbide single crystal, yttrium silicide may not be precipitated.

상기 용융액을 형성하는 단계는, 상기 실리콘계 용융 조성물을 도가니에 장입하고 가열하는 단계를 포함할 수 있다. Forming the melt may include charging the silicon-based melt composition in a crucible and heating it.

상기 가열하는 단계는, 상기 용융액이 1800도(℃)가 되도록 가열하는 단계를 포함할 수 있다. The heating may include heating the melt to 1800 degrees (° C.).

상기 용융액은 탄소 용해도가 포화 상태일 수 있다. The melt may have a saturated carbon solubility.

상기 용융액의 표면을 기준으로 -20 ℃/cm의 온도 구배를 형성한 이후 상기 실리콘카바이드 종결정을 상기 용융액의 표면에 접촉시킬 수 있다. After forming a temperature gradient of −20 ° C./cm based on the surface of the melt, the silicon carbide seed crystals may contact the surface of the melt.

상기 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도는 0.1 mm/h 이상일 수 있다. The growth rate of the silicon carbide single crystal may be 0.1 mm / h or more.

일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물은 결정 성장 공정이 진행되는 경우에도 균일한 조성을 제공할 수 있으며, 이를 통해 우수한 품질의 실리콘카바이드 단결정이 수득될 수 있다.The silicon-based melt composition according to an embodiment may provide a uniform composition even when a crystal growth process is performed, and thereby silicon carbide single crystal of good quality may be obtained.

도 1은 실리콘카바이드 단결정을 성장시킬 때 사용되는 제조 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 석출한 단결정 이미지이다.
도 3은 비교예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 석출한 단결정 이미지이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing apparatus used when growing silicon carbide single crystals.
2 is a single crystal image precipitated using the silicon-based melt composition according to the embodiment.
3 is a single crystal image precipitated using a silicon-based melt composition according to a comparative example.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present disclosure, description of already known functions or configurations will be omitted for clarity of the gist of the present disclosure.

본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present disclosure, and like reference numerals designate like elements throughout the specification. In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present disclosure is not necessarily limited to the illustrated.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. In the drawings, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated for convenience of explanation. When a portion of a layer, film, region, plate, or the like is said to be "on" or "on" another portion, this includes not only when the other portion is "right over" but also when there is another portion in between.

이하에서는 일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물에 대해 설명한다. Hereinafter, a silicon based melt composition according to an embodiment will be described.

일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물은 실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)을 포함할 수 있다. 실리콘계 용융 조성물은 하기 식 (1)로 표현될 수 있다. The silicon-based melt composition according to an embodiment may include silicon (Si), yttrium (Y), and iron (Fe). The silicone melt composition may be represented by the following formula (1).

SiaYbFec (식 1)Si a Y b Fe c (Equation 1)

상기 식 (1)에서 상기 a는 0.4 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.15 이상 0.5 이하이고, 상기 c 는 0.05 이상 0.3 이하이다. 또한 실시예에 따라 상기 식 (1)에서 상기 a는 0.6 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.2 이상 0.3 이하이고, 상기 c는 0.1 내지 0.2 이하일 수 있다. In Formula (1), a is 0.4 or more and 0.8 or less, b is 0.15 or more and 0.5 or less, and c is 0.05 or more and 0.3 or less. According to an embodiment, in Formula (1), a may be 0.6 or more and 0.8 or less, b may be 0.2 or more and 0.3 or less, and c may be 0.1 to 0.2 or less.

다시 말해, 실리콘계 용융 조성물에서 실리콘의 함량은 40 at% 이상 80 at% 이하이고, 이트륨(Y)의 함량은 15 at% 이상 50 at% 이하이고, 철(Fe)의 함량은 5 at% 이상 30 at% 이하이다. 실시예에 따라 실리콘계 용융 조성물에서 실리콘의 함량은 60 at% 이상 80 at% 이하이고, 이트륨(Y)의 함량은 20 at% 이상 30 at% 이하이고, 철(Fe)의 함량은 10 at% 이상 20 at% 이하일 수 있다. In other words, in the silicon-based melt composition, the silicon content is at least 40 at% and at most 80 at%, the yttrium (Y) is at least 15 at% and at least 50 at%, and the iron (Fe) is at least 5 at% 30 at% or less. According to the embodiment, the content of silicon in the silicon-based melt composition is 60 at% or more and 80 at% or less, the content of yttrium (Y) is 20 at% or more and 30 at% or less, and the content of iron (Fe) is 10 at% or more. Or 20 at% or less.

이트륨(Y)이 실리콘계 용융 조성물에 포함되는 경우, 용융액에 대한 탄소의 용해도를 증가시킬 수 있다. 이트륨(Y)은 상대적으로 저온(일 예로 1800도)에서도 높은 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도를 가질 수 있다. 따라서 이트륨을 포함하는 경우 낮은 온도에서 단결정 성장 공정이 이루어질 수 있다. 또한 이트륨(Y)은 실리콘카바이드 단결정 내로의 혼입이 적어 고순도의 실리콘카바이드 단결정 성장에 유리할 수 있다. When yttrium (Y) is included in the silicon-based melt composition, the solubility of carbon in the melt can be increased. Yttrium (Y) may have a high growth rate of silicon carbide single crystal even at a relatively low temperature (for example, 1800 degrees). Therefore, the single crystal growth process may be performed at a low temperature in the case of containing yttrium. In addition, yttrium (Y) may be advantageously grown in silicon carbide single crystal of high purity because of less incorporation into silicon carbide single crystal.

이트륨(Y)이 실리콘계 용융 조성물에 15 at% 미만으로 포함되는 경우 실리콘계 용융 조성물에 대한 탄소 용해도가 낮아지므로 실리콘 카바이드 단결정의 성장 속도가 현저히 감소할 수 있다. 또한 이트륨(Y)이 실리콘계 용융 조성물에 50 at% 초과로 포함되는 경우 지나치게 높은 탄소 용해도로 인해 실리콘카바이드의 다결정화가 일어나 실리콘카바이드 결정의 품질이 저하될 수 있다. 실리콘카바이드 단결정의 안정적인 성장이 어려우므로 석출 효율이 감소할 수 있다. When yttrium (Y) is included in the silicon-based melt composition in less than 15 at%, the carbon solubility in the silicon-based melt composition is lowered, so that the growth rate of the silicon carbide single crystal may be significantly reduced. In addition, when yttrium (Y) is included in the silicon-based melt composition in excess of 50 at%, polycarbideization of silicon carbide may occur due to excessively high carbon solubility, thereby degrading the quality of silicon carbide crystals. Since the stable growth of silicon carbide single crystal is difficult, the deposition efficiency may be reduced.

철(Fe)은 본원 실리콘계 용융 조성물에 포함되는 경우 이트륨에 의한 불순물 석출을 저감시킬 수 있다. 다시 말해 철(Fe)은 이트륨 실리사이드의 석출을 억제할 수 있으며 장시간 안정적으로 실리콘카바이드 단결정이 석출되도록 할 수 있다. When iron (Fe) is included in the silicon-based melt composition of the present application, it is possible to reduce precipitation of impurities due to yttrium. In other words, iron (Fe) may suppress the deposition of yttrium silicide and allow silicon carbide single crystals to be stably deposited for a long time.

실리콘계 용융 조성물이 실리콘 및 이트륨만을 포함하는 경우, 용융액 표면에서 고상의 이트륨 실리사이드가 생성될 수 있으며 생성된 이트륨 실리사이드에 의해 용융액 내의 실리콘과 이트륨의 농도가 변화한다. 이로 인해 결정성장 영역인 용융액 표면의 탄소 용해도가 급변하여 실리콘카바이드 다결정이 석출되거나 성장된 종결정이 재용해 되는 문제가 발생할 수 있어 장기적으로 안정적인 결정성장 공정을 진행하는데 어려움이 있다.When the silicon-based melt composition includes only silicon and yttrium, solid yttrium silicide may be produced at the surface of the melt, and the resulting yttrium silicide changes the concentration of silicon and yttrium in the melt. As a result, the carbon solubility of the surface of the melt, which is the crystal growth region, may change rapidly, resulting in the precipitation of silicon carbide polycrystals or re-dissolution of the grown seed crystals.

일 실시예에 따라 실리콘계 용융 조성물이 철을 포함하는 경우 이트륨실리사이드의 석출을 억제할 수 있다. 단결정 성장 공정이 진행되더라도 용융액의 조성이 일정하게 유지될 수 있으므로 안정적으로 단결정을 수득할 수 있다. According to an embodiment, when the silicon-based melt composition includes iron, precipitation of yttrium silicide may be suppressed. Even if the single crystal growth process proceeds, the composition of the melt can be kept constant, so that the single crystal can be stably obtained.

철(Fe)은 실리콘계 용융 조성물에 5 at% 미만으로 포함되는 경우 이트륨 실리사이드의 석출을 억제하는 기능을 효과적으로 수행하기 어려울 수 있다. 또한 철(Fe)이 실리콘계 용융 조성물에 30 at% 초과로 포함되는 경우 이트륨(Y)에 의한 탄소 용해도 증가 효과를 과도하게 억제하여 실리콘계 용융 조성물에 대한 탄소 용해도가 상당히 낮을 수 있다. Iron (Fe) may be difficult to effectively perform the function of suppressing the precipitation of yttrium silicide when included in less than 5 at% in the silicon-based melt composition. In addition, when iron (Fe) is included in the silicon-based melt composition in excess of 30 at%, the carbon solubility of the silicon-based melt composition may be considerably low by excessively suppressing the effect of increasing carbon solubility by yttrium (Y).

일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물은 실리콘(Si), 용융액에 대한 탄소 용해도를 증가시키고 저온에서도 단결정 수득이 용이한 이트륨(Y) 및 이트륨을 포함하는 불순물 석출을 억제하는 철(Fe)을 포함함으로써, 보다 우수한 품질의 실리콘카바이드 단결정을 수득할 수 있다. 또한 일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물은 지속적인 단결정 성장 조건을 제공할 수 있다. The silicon-based melt composition according to one embodiment includes silicon (Si), iron (Fe) which increases carbon solubility in the melt and suppresses the precipitation of impurities including yttrium (Y) and yttrium, which are easy to obtain single crystals even at low temperatures. Better silicon carbide single crystals can be obtained. In addition, the silicon-based melt composition according to one embodiment may provide continuous single crystal growth conditions.

이하에서는 전술한 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 방법에 대해 도 1의 제조 장치를 참조하여 설명한다. 도 1은 실리콘카바이드 단결정을 성장시킬 때 사용되는 제조 장치의 개략적인 단면도이다. Hereinafter, a method for obtaining silicon carbide single crystal using the above-described silicon-based melt composition will be described with reference to the manufacturing apparatus of FIG. 1. 1 is a schematic cross-sectional view of a manufacturing apparatus used when growing silicon carbide single crystals.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 단결정 제조 장치는 반응 챔버(100), 반응 챔버(100) 내부에 위치하는 도가니(300), 도가니(300) 내부로 연장되는 종결정(210), 종결정(210)과 연결되는 종결정 지지부(230), 이동 부재(250) 및 도가니(300)를 가열하는 가열 부재(400)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment may include a reaction chamber 100, a crucible 300 positioned inside the reaction chamber 100, and a seed crystal 210 extending into the crucible 300. In addition, the seed crystal support 230 connected to the seed crystal 210 may include a moving member 250 and a heating member 400 for heating the crucible 300.

반응 챔버(100)는 빈 내부 공간을 포함하는 밀폐된 형태이고 그 내부가 일정한 압력 등의 분위기로 유지될 수 있다. 도시되지 않았으나 반응 챔버(100)에 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크가 연결될 수 있다. 진공 펌프 및 분위기 제어용 가스 탱크를 이용하여 반응 챔버(100) 내부를 진공상태로 만든 후 아르곤 기체와 같은 비활성 기체를 충전할 수 있다.The reaction chamber 100 is hermetically sealed including an empty interior space and may be maintained in an atmosphere such as a constant pressure. Although not shown, a vacuum pump and an atmosphere control gas tank may be connected to the reaction chamber 100. After the vacuum chamber and the gas tank for controlling the atmosphere are made inside the reaction chamber 100 in a vacuum state, an inert gas such as argon gas may be charged.

실리콘카바이드 종결정(210)은 종결정 지지부(230) 및 이동 부재(250)에 연결되어 도가니(300) 내측으로 위치할 수 있으며 특히 도가니(300) 내부에 제공되는 용융액과 접촉하도록 배치될 수 있다. 이러한 용융액은 전술한 실리콘계 용융 조성물을 포함할 수 있으며 동일한 설명은 생략하기로 한다. The silicon carbide seed crystal 210 may be connected to the seed crystal support 230 and the movable member 250 to be positioned inside the crucible 300, and in particular, to be in contact with the melt provided in the crucible 300. . This melt may include the above-described silicon-based melt composition and the same description will be omitted.

일 실시예에 따르면 실리콘카바이드 종결정(210)의 표면과 용융액 사이에 메니스커스가 형성될 수 있다. 메니스커스란 실리콘카바이드 종결정(210)의 하부면이 용융액과 접촉한 이후 살짝 들어올려지면서 발생하는 표면 장력에 의해 용융액 상에 형성되는 곡면을 지칭한다. 메니스커스를 형성하여 실리콘카바이드 단결정을 성장시키는 경우 다결정의 발생을 억제하여 보다 고품질의 단결정을 수득할 수 있다.According to an embodiment, a meniscus may be formed between the surface of the silicon carbide seed crystal 210 and the melt. The meniscus refers to a curved surface formed on the melt by the surface tension generated as the bottom surface of the silicon carbide seed crystal 210 is slightly lifted after contact with the melt. When a meniscus is formed to grow silicon carbide single crystals, the generation of polycrystals can be suppressed to obtain higher quality single crystals.

실리콘카바이드 종결정(210)은 실리콘카바이드 단결정으로 이루어진다. 실리콘카바이드 종결정(210)의 결정 구조는 제조하려는 실리콘카바이드 단결정의 결정 구조와 같다. 예를 들어, 4H 다형의 실리콘카바이드 단결정을 제조하는 경우, 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용할 수 있다. 4H 다형의 실리콘카바이드 종결정(210)을 이용하는 경우, 결정 성장면은 (0001)면 또는 (000-1)면이거나, (0001)면 또는 (000-1)면으로부터 8도 이하의 각도로 경사진 면일 수 있다. The silicon carbide seed crystal 210 is made of silicon carbide single crystal. The crystal structure of the silicon carbide seed crystal 210 is the same as that of the silicon carbide single crystal to be manufactured. For example, when the 4H polymorphic silicon carbide single crystal is manufactured, the 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 210 may be used. In the case of using the 4H polymorphic silicon carbide seed crystal 210, the crystal growth plane is the (0001) plane or the (000-1) plane, or it is inclined at an angle of 8 degrees or less from the (0001) plane or (000-1) plane. It may be a photographic side.

종결정 지지부(230)는 실리콘카바이드 종결정(210)과 이동 부재(250)를 연결한다. 종결정 지지부(230)의 일단은 이동 부재(250)에 연결되고 타단은 종결정(210)에 연결될 수 있다. The seed crystal support 230 connects the silicon carbide seed crystal 210 and the moving member 250. One end of the seed crystal support 230 may be connected to the moving member 250, and the other end thereof may be connected to the seed crystal 210.

종결정 지지부(230)는 이동 부재(250)에 연결되어 도가니(300)의 높이 방향을 따라 상하 방향으로 이동할 수 있다. 구체적으로 종결정 지지부(230)는 실리콘카바이드 단결정의 성장 공정을 위해 도가니(300) 내측으로 이동되거나 실리콘카바이드 단결정의 성장 공정이 종료된 이후 도가니(300) 외측으로 이동될 수 있다. 또한 본 명세서는 종결정 지지부(230)가 상하 방향으로 이동하는 실시예를 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 어떠한 방향으로도 이동하거나 회전할 수 있으며, 이를 위한 공지의 수단을 포함할 수 있다.The seed crystal support 230 may be connected to the moving member 250 to move up and down along the height direction of the crucible 300. In more detail, the seed crystal support 230 may be moved into the crucible 300 for the growth process of the silicon carbide single crystal or moved outside the crucible 300 after the growth process of the silicon carbide single crystal is finished. In addition, the present specification has described an embodiment in which the seed crystal support 230 moves in the vertical direction, but is not limited thereto and may move or rotate in any direction, and may include a known means for this purpose.

종결정 지지부(230)는 이동 부재(250)에 탈착될 수 있다. 실리콘카바이드 단결정을 수득하기 위해 이동 부재(250)에 결합되어 도가니(300) 내측으로 제공될 수 있으며, 단결정의 성장 공정이 종료된 이후에는 이동 부재(250)로부터 분리될 수 있다. The seed crystal support 230 may be detached from the moving member 250. The silicon carbide single crystal may be coupled to the moving member 250 to be provided inside the crucible 300, and may be separated from the moving member 250 after the growth process of the single crystal is completed.

이동 부재(250)는 구동부(미도시)에 연결되어 챔버(100) 내부를 이동하거나 회전할 수 있다. 이동 부재(250)는 상하 이동하거나 회전하기 위한 공지의 수단을 포함할 수 있다. The moving member 250 may be connected to a driving unit (not shown) to move or rotate the inside of the chamber 100. The moving member 250 may include known means for moving up and down or rotating.

도가니(300)는 반응 챔버(100) 내부에 구비되며 상측이 개방된 용기 형태일 수 있으며 상부면을 제외한 외주면(300a) 및 하부면(300b)을 포함할 수 있다. 도가니(300)는 전술한 형태에 제한 없이 실리콘카바이드 단결정을 형성하기 위한 어떠한 형태도 가능함은 물론이다. 도가니(300)는 실리콘 또는 실리콘카바이드 분말과 같은 용융 원료가 장입되어 수용될 수 있다. The crucible 300 may be provided inside the reaction chamber 100 and may have an open top shape, and may include an outer circumferential surface 300a and a lower surface 300b excluding the upper surface. The crucible 300 may be of any type for forming silicon carbide single crystals without being limited to the above-described form. The crucible 300 may be filled with a molten raw material such as silicon or silicon carbide powder.

도가니(300)는 그라파이트, 실리콘카바이드와 같이 탄소를 함유하는 재질일 수 있으며, 이와 같은 재질의 도가니(300) 자체는 탄소 원료의 공급원으로 활용될 수 있다. 또는 이에 제한되지 않고 세라믹 재질의 도가니를 사용할 수 있으며, 이때 탄소를 제공할 물질 또는 공급원 별도로 제공할 수 있다. Crucible 300 may be a material containing carbon, such as graphite, silicon carbide, the crucible 300 of such a material itself may be utilized as a source of carbon raw material. Alternatively, but not limited thereto, a crucible of ceramic material may be used, and a material or a source for providing carbon may be provided separately.

가열 부재(400)는 도가니(300)를 가열하여 도가니(300)에 수용된 물질을 용융시키거나 가열할 수 있다. 가열 부재(400)는 저항식 발열 수단 또는 유도 가열식 발열 수단을 사용할 수 있다. 구체적으로 가열 부재(400) 자체가 발열하는 저항식으로 형성되거나 가열 부재(400)가 인덕션 코일로 형성되고 인덕션 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 도가니(300)를 가열하는 유도 가열 방식으로 형성될 수도 있다. 그러나 전술한 방법에 제한되지 않고 어떠한 가열 부재도 사용될 수 있음은 물론이다. The heating member 400 may heat the crucible 300 to melt or heat the material contained in the crucible 300. The heating member 400 may use a resistance heating means or an induction heating means. Specifically, the heating member 400 itself may be formed in a resistance type that generates heat, or the heating member 400 may be formed of an induction coil and formed by an induction heating method of heating the crucible 300 by flowing a high frequency current through the induction coil. . However, it is a matter of course that any heating member may be used without being limited to the method described above.

일 실시예에 따른 실리콘카바이드 제조 장치는 회전 부재(500)를 더 포함할 수 있다. 회전 부재(500)는 도가니(300)의 하측면에 결합되어 도가니(300)를 회전시킬 수 있다. 도가니(300) 회전을 통해 균일한 조성의 용융액 제공이 가능한 바 실리콘카바이드 종결정(210)에서 고품질의 실리콘카바이드 단결정이 성장될 수 있다.Silicon carbide manufacturing apparatus according to an embodiment may further include a rotating member (500). The rotating member 500 may be coupled to the lower side of the crucible 300 to rotate the crucible 300. High-quality silicon carbide single crystals may be grown in the silicon carbide seed crystals 210, which may provide a melt having a uniform composition through rotation of the crucible 300.

이하에서는 전술한 실리콘계 용융 조성물 및 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치를 이용하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method of the silicon carbide single crystal using the above-mentioned silicon type melt composition and the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus is demonstrated.

전술한 실리콘계 용융 조성물을 포함하는 초기 용융 원료를 도가니(300) 내에 투입한다. 초기 용융 원료는 분말 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 도가니(300)가 탄소 재질을 포함하는 경우 초기 용융 원료는 탄소를 별도로 포함하지 않을 수 있으나, 이에 제한되지 않고 초기 용융 원료는 탄소를 포함할 수도 있다. The initial molten raw material including the silicon-based melt composition described above is introduced into the crucible 300. The initial molten raw material may be in powder form, but is not limited thereto. When the crucible 300 includes a carbon material, the initial molten raw material may not include carbon separately, but is not limited thereto. The initial molten raw material may include carbon.

초기 용융 원료를 실장하고 있는 도가니(300)를 아르곤 기체와 같은 비활성 분위기에서 가열 부재(400)을 이용하여 가열한다. 가열에 따라 도가니(300) 내의 초기 용융 원료는 탄소(C), 실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)을 포함하는 용융액으로 변한다.The crucible 300 on which the initial molten raw material is mounted is heated using the heating member 400 in an inert atmosphere such as argon gas. Upon heating, the initial molten raw material in the crucible 300 is changed into a melt containing carbon (C), silicon (Si), yttrium (Y) and iron (Fe).

용융액은 소정의 온도(일 예로 1800도)에 도달하도록 가열될 수 있으며, 소정의 온도에서 용융액 내의 탄소 용해도는 포화 상태일 수 있다. 이후 도가니(300) 내의 용융액의 온도는 서서히 저하되어 가고 용융액 내의 탄소의 용해도가 작아진다. 종결정(210) 부근에서 실리콘카바이드 과포화 상태가 되면, 이 과포화도를 구동력으로 하여 종결정(210) 상에 실리콘카바이드 단결정이 성장한다. The melt may be heated to reach a predetermined temperature (eg 1800 degrees), and at a predetermined temperature the carbon solubility in the melt may be saturated. Thereafter, the temperature of the melt in the crucible 300 gradually decreases, and the solubility of carbon in the melt becomes small. When the silicon carbide supersaturated state is in the vicinity of the seed crystal 210, silicon carbide single crystal grows on the seed crystal 210 using this supersaturation degree as a driving force.

실리콘카바이드 단결정이 성장함에 따라 용융액으로부터 실리콘카바이드를 석출하는 조건이 변할 수 있다. 이때 시간의 경과에 따라 용융액의 조성에 맞도록 실리콘 및 탄소를 첨가하여 용융액을 일정 범위 내의 조성으로 유지할 수 있다. 첨가되는 실리콘 및 탄소는 연속적으로 또는 비연속적으로 투입될 수 있다. As the silicon carbide single crystal grows, the conditions for depositing silicon carbide from the melt may change. At this time, silicon and carbon may be added so as to match the composition of the melt over time to maintain the melt within a predetermined range. The silicon and carbon to be added may be added continuously or discontinuously.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하는 경우, 용융액에 대한 탄소 용해도를 증가시키고 저온에서도 단결정 수득이 용이할 수 있으며 이트륨을 포함하는 불순물 석출이 억제되므로, 우수한 품질의 실리콘카바이드 단결정을 수득할 수 있다. When using the silicon-based melt composition according to an embodiment of the present invention, it is possible to increase the carbon solubility in the melt and to obtain a single crystal even at low temperatures and to suppress the precipitation of impurities containing yttrium, thereby obtaining a silicon carbide single crystal of good quality can do.

이하에서는 표 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 석출한 단결정에 대해 살펴본다. 도 2는 실시예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 석출한 단결정 이미지이고, 도 3은 비교예에 따른 실리콘계 용융 조성물을 이용하여 석출한 단결정 이미지이다. Hereinafter, a single crystal precipitated using the silicon-based melt composition according to the Examples and Comparative Examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 along with Table 1. 2 is a single crystal image precipitated using the silicon-based melt composition according to the embodiment, Figure 3 is a single crystal image precipitated using the silicon-based melt composition according to the comparative example.

우선 결정 성장로에 비교예 1 내지 8 및 실시예 1 내지 3 각각에 해당하는 원료를 흑연 도가니에 넣고 진공 배기 후 1 기압의 Ar 기체를 주입하였다. 그 후 성장온도인 1800 도(℃)까지 가열하여 용융액을 제조한 이후 온도를 유지시켜 용융액 내부의 탄소 농도가 포화 상태에 도달할 때까지 대기하였다. 그 후 용융액의 표면을 기준으로 아래 방향을 따라 -20 ℃/cm의 온도 구배를 형성하고 4H의 SiC 종결정을 용융액 표면을 향해 서서히 하강시킨 이후 접촉하게 하여 12시간 동안 단결정 성장을 진행하였다. 결정 성장이 완료된 이후 종결정을 용융액으로부터 인상하고 냉각시켜 단결정의 성장 속도, 이트륨 실리사이드(Yttrium Silicide)의 석출 여부와 단결정의 표면 상태를 비교하였다. 탄소 용해도는 열역학 시뮬레이션인 Factsage를 통해 계산하였다.First, raw materials corresponding to Comparative Examples 1 to 8 and Examples 1 to 3 were placed in a graphite crucible, and an Ar gas of 1 atm was evacuated after vacuum evacuation. Thereafter, the mixture was heated to a growth temperature of 1800 degrees (° C.) to prepare a melt, and then maintained at a temperature until the carbon concentration in the melt reached a saturation state. Thereafter, a temperature gradient of −20 ° C./cm was formed along the surface of the melt, and 4H SiC seed crystals were gradually lowered toward the melt surface, followed by contact with each other, for 12 hours. After crystal growth was completed, the seed crystals were pulled from the melt and cooled to compare the growth rate of the single crystal, the precipitation of Yttrium Silicide and the surface state of the single crystal. Carbon solubility was calculated using Factsage, a thermodynamic simulation.

조성Furtherance 성장 온도
(°C)
Growth temperature
(° C)
탄소
용해도
(%)
carbon
Solubility
(%)
결정성장 속도
(mm/h)
Crystal growth rate
(mm / h)
이트륨 실리사이드
석출
Yttrium silicide
Precipitation
결정성장
결과
Crystal growth
result
비교예 1Comparative Example 1 Si0.7Y0.3 Si 0.7 Y 0.3 18001800 9.59.5 XX 석출Precipitation 표면 불량Bad surface 비교예 2Comparative Example 2 Si0.6Y0.3Ni0.1 Si 0.6 Y 0.3 Ni 0.1 18001800 4.84.8 XX 석출Precipitation 표면 불량Bad surface 비교예 3Comparative Example 3 Si0.6Y0.3Al0.1 Si 0.6 Y 0.3 Al 0.1 18001800 4.54.5 XX 석출Precipitation 표면 불량Bad surface 비교예 4Comparative Example 4 Si0.3Y0.6Fe0.1 Si 0.3 Y 0.6 Fe 0.1 18001800 8.68.6 ~ 0.02To 0.02 없음none 성장 느림Slow growth 비교예 5Comparative Example 5 Si0.8Y0.1Fe0.1 Si 0.8 Y 0.1 Fe 0.1 18001800 2.82.8 ~ 0.01To 0.01 없음none 성장 느림Slow growth 비교예 6Comparative Example 6 Si0.3Y0.3Fe0.4 Si 0.3 Y 0.3 Fe 0.4 18001800 3.63.6 ~ 0.01To 0.01 없음none 성장 느림Slow growth 비교예 7Comparative Example 7 Si0.6Y0.37Fe0.03 Si 0.6 Y 0.37 Fe 0.03 18001800 15.315.3 XX 석출Precipitation 표면 불량Bad surface 비교예 8Comparative Example 8 Si0.6Y0.1Fe0.3 Si 0.6 Y 0.1 Fe 0.3 18001800 4.14.1 ~ 0.02To 0.02 없음none 성장 느림Slow growth 실시예 1Example 1 Si0.6Y0.3Fe0.1 Si 0.6 Y 0.3 Fe 0.1 18001800 14.514.5 0.400.40 없음none 품질 양호Good quality 실시예 2Example 2 Si0.6Y0.25Fe0.15 Si 0.6 Y 0.25 Fe 0.15 18001800 11.7511.75 0.350.35 없음none 품질 양호Good quality 실시예 3Example 3 Si0.6Y0.2Fe0.2 Si 0.6 Y 0.2 Fe 0.2 18001800 9.89.8 0.210.21 없음none 품질 양호Good quality

표 1을 참조하면 비교예 1과 같이 실리콘계 용융 조성물이 실리콘 및 이트륨만을 포함하는 경우 탄소 용해도는 상대적으로 높을 수 있으나(9.5%), 이트륨 실리사이드가 석출됨을 확인하였다. 이트륨 실리사이드가 석출되는 경우 단결정의 성장을 방해하게 되므로 결정 성장 결과가 표면 불량임을 확인하였다. 비교예 2 및 비교예 3과 같이 이트륨 실리사이드의 석출을 제어하기 위해 각각 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)을 첨가하였으나 여전히 이트륨 실리사이드가 석출됨을 확인하였다. 니켈 및 알루미늄의 경우 이트륨 실리사이드의 석출을 억제하지 못함을 확인하였다. Referring to Table 1, when the silicon-based melt composition includes only silicon and yttrium as in Comparative Example 1, the carbon solubility may be relatively high (9.5%), but it was confirmed that yttrium silicide was precipitated. When yttrium silicide precipitates, it inhibits the growth of single crystals, and thus it was confirmed that the crystal growth result is a poor surface. Nickel (Ni) and aluminum (Al) were added to control the precipitation of yttrium silicide as in Comparative Example 2 and Comparative Example 3, but it was confirmed that yttrium silicide was still precipitated. Nickel and aluminum did not inhibit the deposition of yttrium silicide.

비교예 4, 비교예 5, 비교예 6 및 비교예 8의 경우 실리콘계 용융 조성물이 철을 포함함에 따라 이트륨 실리사이드가 석출되지 않음을 확인하였다. 철에 의해 이트륨 실리사이드의 석출이 억제됨을 확인하였으며 수득된 단결정에서 표면 불량은 관찰되지 않았다. 다만 비교예 4, 비교예 5, 비교예 6 및 비교예 8의 경우 포함되는 이트륨 및 철의 함량에 따라 결정 성장 속도가 현저히 느리게 관찰되었다. In Comparative Example 4, Comparative Example 5, Comparative Example 6 and Comparative Example 8, it was confirmed that yttrium silicide did not precipitate as the silicon-based melt composition included iron. It was confirmed that precipitation of yttrium silicide was suppressed by iron, and no surface defect was observed in the obtained single crystal. However, in the case of Comparative Example 4, Comparative Example 5, Comparative Example 6 and Comparative Example 8, the crystal growth rate was remarkably slow depending on the content of yttrium and iron included.

비교예 5와 같이 이트륨이 10 at%로 포함되는 경우 이트륨이 상당히 적은 양으로 포함되므로 이트륨에 의한 탄소 용해도 증가 효과가 미미함을 확인하였다. 비교예 5의 경우 탄소 용해도가 약 2.8%로 상당히 낮음을 확인하였다. When yttrium was contained in 10 at% as in Comparative Example 5, it was confirmed that the effect of increasing carbon solubility by yttrium was insignificant because it was included in a significantly small amount. In Comparative Example 5, the carbon solubility was found to be considerably low, about 2.8%.

비교예 6은 철이 40 at%로 포함되는 경우이며, 철은 이트륨에 의한 탄소 용해도 증가 효과를 억제하여 비교예 6의 경우에도 탄소 용해도가 약 3.6%로 상당히 낮은 결과를 나타냈다. Comparative Example 6 is a case in which iron is included at 40 at%, iron suppressed the effect of increasing carbon solubility by yttrium, and in the case of Comparative Example 6, the carbon solubility was about 3.6%, which was considerably low.

비교예 8은 이트륨이 10 at%로 포함되는 경우이다. 비교예 8은 이트륨이 탄소 용해도를 증가시키는 효과가 낮아지므로 탄소 용해도가 현저히 낮을 수 있으며(4.1%), 이에 따라 결정 성장이 느림을 확인하였다. Comparative Example 8 is a case where yttrium is contained at 10 at%. In Comparative Example 8, the effect of increasing the solubility of yttrium in carbon is lowered, so that carbon solubility may be significantly lower (4.1%), thereby confirming slow crystal growth.

비교예 7은 철이 3 at%로 포함되는 경우이며, 이 경우 철이 이트륨 실리사이드 석출을 억제하는 효과가 미미함을 확인하였다. 실리콘계 용융 조성물이 철을 포함함에도 불구하고 이트륨 실리사이드가 석출되고 단결정의 표면이 불량으로 나타났다. Comparative Example 7 is a case where iron is contained at 3 at%, in this case it was confirmed that the effect of inhibiting the precipitation of yttrium silicide was insignificant. Although the silicon-based melt composition contained iron, yttrium silicide precipitated and the surface of the single crystal appeared to be poor.

실리콘카바이드 단결정의 표면은 도 3에 도시된 바와 같이 비교예 1, 비교예 2, 비교예 4, 비교예 5 및 비교예 7 모두 표면 상태가 좋지 않음을 확인하였다. As shown in FIG. 3, the surfaces of the silicon carbide single crystals were found to have poor surface states in Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 7.

반면 실시예 1 내지 3 의 경우 소정의 이트륨을 포함함으로써 탄소 용해도가 각각 14.5%, 11.75% 및 9.8%로 나타났으며 이는 비교예들 대비 상대적으로 높은 수치이다. 결정 성장 속도 역시 각각 0.40 mm/h, 0.35 mm/h, 0.21 mm/h로 빠른 결정 성장이 이루어짐을 확인하였다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 경우 단결정의 성장 속도는 약 0.1 mm/h 이상일 수 있다. On the other hand, in the case of Examples 1 to 3, the solubility of carbon was 14.5%, 11.75%, and 9.8%, respectively, by including a predetermined yttrium, which is relatively high compared to the comparative examples. The crystal growth rate was also 0.40 mm / h, 0.35 mm / h, 0.21 mm / h was confirmed that the rapid crystal growth is achieved. According to one embodiment of the present invention, the growth rate of the single crystal may be about 0.1 mm / h or more.

또한 적정량의 철(Fe)을 포함함으로써 이트륨 실리사이드의 석출이 억제되고 도 2에 도시된 바와 같이 단결정의 품질이 양호함을 확인할 수 있었다. In addition, by including the appropriate amount of iron (Fe) it was confirmed that the precipitation of yttrium silicide is suppressed and the quality of the single crystal is good as shown in FIG.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated above, it is to be understood that the invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is self-evident to those who have. Therefore, such modifications or variations are not to be understood individually from the technical spirit or point of view of the present invention, the modified embodiments will belong to the claims of the present invention.

100: 챔버
210: 종결정
300: 도가니
400: 가열 부재
500: 회전 부재
100: chamber
210: seed crystal
300: crucible
400: heating member
500: rotating member

Claims (8)

실리콘카바이드 단결정을 형성하기 위한 용액 성장법에 이용되고,
실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)를 포함하며 하기 식 (1)로 표현되는 실리콘계 용융 조성물:
SiaYbFec (식 1)
상기 식 (1)에서 상기 a는 0.4 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.15 이상 0.5 이하이고, 상기 c 는 0.05 이상 0.3 이하이다.
Used in the solution growth method for forming silicon carbide single crystal,
A silicon-based melt composition comprising silicon (Si), yttrium (Y) and iron (Fe), represented by the following formula (1):
Si a Y b Fe c (Equation 1)
In Formula (1), a is 0.4 or more and 0.8 or less, b is 0.15 or more and 0.5 or less, and c is 0.05 or more and 0.3 or less.
실리콘카바이드 종결정을 준비하는 단계,
실리콘(Si), 이트륨(Y) 및 철(Fe)를 포함하며 하기 식 (1)로 표현되는 실리콘계 용융 조성물을 준비하는 단계,
상기 실리콘계 용융 조성물 및 탄소(C)를 포함하는 용융액을 형성하는 단계, 그리고
상기 용융액으로부터 상기 실리콘카바이드 종결정 상에 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계를 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법:
SiaYbFec (식 1)
상기 식 (1)에서 상기 a는 0.4 이상 0.8 이하이고, 상기 b는 0.15 이상 0.5 이하이고, 상기 c 는 0.05 이상 0.3 이하이다.
Preparing silicon carbide seed crystals,
Preparing a silicon-based melt composition comprising silicon (Si), yttrium (Y) and iron (Fe), represented by the following formula (1),
Forming a melt comprising the silicon-based melt composition and carbon (C), and
A method of producing a silicon carbide single crystal comprising the step of obtaining a silicon carbide single crystal on the silicon carbide seed crystal from the melt:
Si a Y b Fe c (Equation 1)
In Formula (1), a is 0.4 or more and 0.8 or less, b is 0.15 or more and 0.5 or less, and c is 0.05 or more and 0.3 or less.
제2항에서,
상기 실리콘카바이드 단결정을 수득하는 단계에서 이트륨 실리사이드(Yttrium Silicide)가 석출되지 않는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 2,
A method for producing silicon carbide single crystals in which yttrium silicide does not precipitate in the step of obtaining the silicon carbide single crystals.
제2항에서,
상기 용융액을 형성하는 단계는, 상기 실리콘계 용융 조성물을 도가니에 장입하고 가열하는 단계를 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 2,
The forming of the molten liquid may include charging the silicon-based melt composition in a crucible and heating the silicon carbide single crystal.
제4항에서,
상기 가열하는 단계는, 상기 용융액이 1800도(℃)가 되도록 가열하는 단계를 포함하는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 4,
The heating step, the method of producing a silicon carbide single crystal comprising the step of heating the melt to 1800 degrees (° C.).
제4항에서,
상기 용융액은 탄소 용해도가 포화 상태인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 4,
The melt is a method of producing a silicon carbide single crystal of the carbon solubility is saturated.
제6항에서,
상기 용융액의 표면을 기준으로 -20 ℃/cm의 온도 구배를 형성한 이후 상기 실리콘카바이드 종결정을 상기 용융액의 표면에 접촉시키는 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 6,
And forming a temperature gradient of −20 ° C./cm based on the surface of the melt and then contacting the silicon carbide seed crystal to the surface of the melt.
제6항에서,
상기 실리콘카바이드 단결정의 성장 속도는 0.1 mm/h 이상인 실리콘카바이드 단결정의 제조 방법.
In claim 6,
The growth rate of the silicon carbide single crystal is 0.1 mm / h or more method for producing a silicon carbide single crystal.
KR1020180059815A 2018-05-25 2018-05-25 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same KR102302753B1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180059815A KR102302753B1 (en) 2018-05-25 2018-05-25 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
US16/630,952 US11873576B2 (en) 2018-05-25 2019-05-22 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
EP19807632.5A EP3636806B1 (en) 2018-05-25 2019-05-22 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
JP2020501833A JP6961893B2 (en) 2018-05-25 2019-05-22 Silicon-based molten composition and method for producing a silicon carbide single crystal using the same
PCT/KR2019/006134 WO2019225966A1 (en) 2018-05-25 2019-05-22 Silicon-based melt composition and method for producing silicon carbide single crystal using same
CN201980003601.9A CN110914485B (en) 2018-05-25 2019-05-22 Silicon-based molten composition and method for producing silicon carbide single crystal using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180059815A KR102302753B1 (en) 2018-05-25 2018-05-25 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190134325A true KR20190134325A (en) 2019-12-04
KR102302753B1 KR102302753B1 (en) 2021-09-14

Family

ID=68617328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180059815A KR102302753B1 (en) 2018-05-25 2018-05-25 Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11873576B2 (en)
EP (1) EP3636806B1 (en)
JP (1) JP6961893B2 (en)
KR (1) KR102302753B1 (en)
CN (1) CN110914485B (en)
WO (1) WO2019225966A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118147754A (en) * 2024-04-17 2024-06-07 苏州清研半导体科技有限公司 Crystal growth melt, preparation method of silicon carbide single crystal and silicon carbide single crystal

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05148024A (en) * 1991-12-02 1993-06-15 Honda Motor Co Ltd Silicon carbide ceramics
JP2012046384A (en) * 2010-08-27 2012-03-08 Sumitomo Metal Ind Ltd METHOD OF PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL
KR20120057536A (en) * 2010-11-26 2012-06-05 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 Method of Producing SiC Single Crystal
KR20160043001A (en) * 2013-09-13 2016-04-20 도요타 지도샤(주) Sic single crystal, and production method therefor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4453348B2 (en) 2003-11-25 2010-04-21 トヨタ自動車株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
JP4270034B2 (en) 2004-06-14 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 Method for producing SiC single crystal
JP4934958B2 (en) * 2004-11-24 2012-05-23 住友金属工業株式会社 Method for producing silicon carbide single crystal
EP1806437B1 (en) 2004-09-03 2016-08-17 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Method for preparing silicon carbide single crystal
JP5434801B2 (en) 2010-06-03 2014-03-05 トヨタ自動車株式会社 Method for producing SiC single crystal
US10167573B2 (en) * 2010-11-26 2019-01-01 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method of producing SiC single crystal
JP5850490B2 (en) 2011-09-08 2016-02-03 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for producing SiC single crystal
EP2940196B1 (en) * 2012-12-28 2017-03-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing n-type sic single crystal
JP5905864B2 (en) * 2013-09-27 2016-04-20 トヨタ自動車株式会社 SiC single crystal and method for producing the same
PL2881498T3 (en) 2013-12-06 2020-06-15 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Method for growing silicon carbide crystal
JP6259740B2 (en) * 2014-09-11 2018-01-10 国立大学法人名古屋大学 Silicon carbide crystal manufacturing method and crystal manufacturing apparatus
US11427926B2 (en) 2016-09-29 2022-08-30 Lg Chem, Ltd. Silicon-based molten composition and method for manufacturing silicon carbide single crystal using the same
KR102103884B1 (en) * 2016-09-30 2020-04-23 주식회사 엘지화학 Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05148024A (en) * 1991-12-02 1993-06-15 Honda Motor Co Ltd Silicon carbide ceramics
JP2012046384A (en) * 2010-08-27 2012-03-08 Sumitomo Metal Ind Ltd METHOD OF PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL
KR20120057536A (en) * 2010-11-26 2012-06-05 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 Method of Producing SiC Single Crystal
KR20160043001A (en) * 2013-09-13 2016-04-20 도요타 지도샤(주) Sic single crystal, and production method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3636806A1 (en) 2020-04-15
CN110914485B (en) 2021-10-29
EP3636806A4 (en) 2020-07-22
WO2019225966A1 (en) 2019-11-28
CN110914485A (en) 2020-03-24
KR102302753B1 (en) 2021-09-14
EP3636806B1 (en) 2022-07-06
JP2020527529A (en) 2020-09-10
JP6961893B2 (en) 2021-11-05
US11873576B2 (en) 2024-01-16
US20200224330A1 (en) 2020-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI725816B (en) Powder for silicon carbide ingot and preparation method of silicon carbide ingot using the same
KR101976122B1 (en) Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
WO2010024390A1 (en) METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SiC SINGLE CRYSTAL FILM
KR101760030B1 (en) The method of Variable scale SiC ingot growth using large scale SiC ingot growing apparatus
JP4431647B2 (en) Method for improving surface of single crystal silicon carbide substrate and method for growing single crystal silicon carbide
KR102136269B1 (en) Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal
JP2011225392A (en) Method for producing silicon carbide single crystal ingot, and seed crystal for producing silicon carbide single crystal ingot
JP4431643B2 (en) Single crystal silicon carbide growth method
KR102302753B1 (en) Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
KR102089460B1 (en) Manufacturing method for silicon carbide single crystal
KR102158624B1 (en) Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
JP2005126249A (en) Method for growing single crystal silicon carbide
CN110382751B (en) Silicon-based molten composition and method for producing silicon carbide single crystal using same
JP5164121B2 (en) Single crystal silicon carbide growth method
KR102609883B1 (en) Silicon based melting composition and manufacturing method for silicon carbide single crystal using the same
KR102060188B1 (en) Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal
WO2019088740A2 (en) Silicon-based molten composition and method for preparing silicon carbide single crystal using same
KR20180032412A (en) Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant